(57)【要約】      （修正有）【課題】径小薄肉化により切断除去を余儀なくされる部分を減少して、原料コストを低減することができる石英ルツボ製造用モールドを提供する。【解決手段】回転しているモールド１内壁に石英粉４を張り付けた状態で加熱溶融して石英ルツボを製造する際に用いるモールド１において、石英ルツボの上部領域に対応する、モールド１の上部開口部の内周壁に、内径がモールド内径よりも小さくかつ石英ルツボ内径よりも大きいリング状の断熱性バリアー材７を設置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転しているモールド内壁に石英粉を張り付けた状態で加熱溶融して石英ルツボを製造する際に用いるモールドであって、石英ルツボの上部領域に対応する、モールドの上部開口部の内周壁に、内径がモールド内径よりも小さくかつ石英ルツボ内径よりも大きいリング状の断熱性バリアー材を設置したことを特徴とする石英ルツボ製造用モールド。
【請求項２】
前記バリアー材が、石英、カーボン、炭化ケイ素または窒化ケイ素であることを特徴とする請求項１に記載の石英ルツボ製造用モールド。
【請求項３】
次式
ｔ1＝（モールド内径−バリアー材内径）／２
で示されるリング状バリアー材内面のモールド内周壁からの突出厚さｔ1が、石英粉の張り付け厚さｔ2の20〜80％であることを特徴とする請求項１または２に記載の石英ルツボ製造用モールド。
【請求項４】
前記バリアー材内面の表面粗さが算術平均粗さRaで6.3〜25μm であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の石英ルツボ製造用モールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ルツボ製造用モールドに関し、特にモールド開口部の上部内壁形状に工夫を加えることによって、原材料費の有利な低減を図ろうとするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの基板としてシリコンウェーハの使用が急増している。かようなシリコンウェーハは、通常、シリコン単結晶インゴットを作製後、それをスライスすることによって製造される。
【０００３】
かようなシリコン単結晶インゴットは、例えばＣＺ法等の引き上げ法によって製造されるのが一般的である。また、シリコン単結晶の引き上げには、石英ルツボが使用される。
【０００４】
石英ルツボの代表的な製造方法として回転モールド法が知られている。この回転モールド法は、回転するモールドの内壁すなわちモールドの底面と側面に石英粉を張り付け、アークで加熱溶融して石英ルツボを製造する方法である。
【０００５】
ところで、最近では、シリコンウェーハの需要の急増に伴って、シリコン単結晶インゴットについても大口径のものが要求されている。
このような大口径のシリコン単結晶インゴットを引き上げ法によって製造する場合、それに用いる石英ルツボも同様に大口径のものが必要とされる。
通常、シリコン単結晶インゴットを引き上げ法によって製造するには、インゴット径の約３倍の口径の石英ルツボが必要とされる。
【０００６】
ところで、上述した回転モールド法によって石英ルツボを製造する場合、石英ルツボの上部には外径が小さく、肉厚が薄い部分（以下、径小薄肉部分という）が生じるため、この径小薄肉部分は切断除去する必要がある。
その理由は、石英ルツボにSiを充填し溶かしてSi単結晶を引上げる工程で、高温に加熱するが、高温になると石英の粘度が小さくなり、石英ルツボが変形しやすくなるからである。特に、石英ルツボ上部が径小薄肉の場合、石英ルツボ上部が内側に倒れやすく、容易に変形してしまう。
このような径小薄肉部分が発生する原因は、モールド開口部は熱が逃げ易く、アーク加熱によっても石英粉が溶けにくいため、石英ルツボの上部外径が小さくなり、肉厚が薄くなるためである。かような径小薄肉部分の発生は、製法上、余儀ないものとされる。
【０００７】
そこで、回転モールド法によって石英ルツボを製造する際には、かような径小薄肉部分の発生を見越して、ルツボ高さが製品仕様高さよりも径小薄肉部分の分だけ高い石英ルツボを製造し、径小薄肉部分については切断除去して製品としていた。
【０００８】
また、同じモールドで高さの異なる石英ルツボを製造するときがある。高さが高い石英ルツボを製造するときは問題ないが、高さが低い石英ルツボを製造するときには切断除去する部分が多くなってしまう。これを解決するには、高さの低い製品専用のモールドを準備すればよいが、石英ルツボの製造数が少ないときなどは、新規モールド作製費用や管理が煩雑になってしまう不利がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したとおり、回転モールド法によって石英ルツボを製造する場合には、径小薄肉部分の発生が避けられないので、ルツボ高さが製品仕様高さよりも径小薄肉部分の分だけ高い石英ルツボを製造し、径小薄肉部分については切断除去していた。
しかしながら、前述したとおり、最近では、シリコン単結晶インゴットの大口径に伴い、石英ルツボも大口径のものが必要となってきたが、ルツボを大口径化した場合、それに伴い径小薄肉化により切断除去を余儀なくされる部分も増大するため、原料コストひいては製品コストの面で重大な問題となっている。
【００１０】
例えば、外径が１８インチで厚みが８mmのルツボを製造する場合、切断除去高さ10mm当たり、絶対量で約０．３kgの石英粉が余分に使用されることになる。
これに対し、外径が３２インチという大口径の石英ルツボを製造しようとする場合、厚みはおおよそ１５mmに増大し、切断除去高さ10mm当たり、絶対量で約1.0kgもの石英粉が余分に使用されることになる。
従って、大口径の石英ルツボを製造する場合、小口径の石英ルツボを製造する場合に比べると、ルツボ１個の切断除去高さ当たりの製造に使用される無駄な石英粉量は３〜４倍にも膨れ上がる。
【００１１】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、石英ルツボ上部の径小薄肉化により切断除去を余儀なくされる部分を減少して、原料コストを効果的に低減することができる石英ルツボ製造用モールドを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．回転しているモールド内壁に石英粉を張り付けた状態で加熱溶融して石英ルツボを製造する際に用いるモールドであって、石英ルツボの上部領域に対応する、モールドの上部開口部の内周壁に、内径がモールド内径よりも小さくかつ石英ルツボ内径よりも大きいリング状の断熱性バリアー材を設置したことを特徴とする石英ルツボ製造用モールド。
【００１３】
２．前記バリアー材が、石英、カーボン、炭化ケイ素または窒化ケイ素であることを特徴とする上記１に記載の石英ガラスルツボ製造用モールド。
【００１４】
３．次式
ｔ1＝（モールド内径−バリアー材内径）／２
で示されるリング状バリアー材内面のモールド内周壁からの突出厚さｔ1が、石英粉の張り付け厚さｔ2の20〜80％であることを特徴とする請求項１または２に記載の石英ルツボ製造用モールド。
【００１５】
４．前記バリアー材内面の表面粗さが算術平均粗さRaで6.3〜25μm であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の石英ルツボ製造用モールド。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来に比べ、径小薄肉化により切断除去される部分を減少させることができ、その結果原料コストひいては製品コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的に説明する。
図１に、回転モールド法による石英ルツボの一般的な製造要領を模式で示す。図中、符号１はモールド、２は通気配管、３はアーク電極、そして４がモールドの内壁に張り付けられた石英粉である。
回転モールド法では、回転するモールド１の内壁に張り付けられた石英粉４をアークにより加熱溶融してガラス化し、ルツボの形状に成形することができる。
【００１８】
図２に、従来の一般的なモールドを用いて石英ガラスルツボを製造したときの、ルツボ５の断面形状を示す。
同図に示したとおり、石英ガラスルツボ５の上部外径は小さくなり、また肉厚も薄くなって、径小薄肉部分６が発生する。
【００１９】
そこで、本発明では、図３に示すようなモールドを用いて、上記の問題の解決を図るのである。
本発明は、石英ルツボの製造に際し、不可避的にルツボの上部外径が小さくなり肉厚が薄くなるのであれば、その部分にバリアー材を使用することによって、モールド形状を、予めルツボの上部形状に対応する形状にすることにより、無駄に使用される石英粉の量を減少させることが可能になるという技術思想に立脚している。
【００２０】
図３において、構成の骨子は図２に示した従来のモールドと等しいので共通の符号を付して示し、番号７がモールドの上部開口部に設けたバリアー材である。
同図に示したとおり、バリアー材は、その内径がモールド内径よりも小さくかつ石英ルツボ内径よりも大きいリング形状とする。
ここに、バリアー材７の開口部の内周壁からの突出厚さｔ1は、石英粉の張り付け厚さｔ2の20〜80％とすることが望ましい。
というのは、張り付け厚さｔ2に対する突出厚さｔ1の比率が20％未満では、石英粉の削減効果ひいてはコストダウン効果が小さく、一方80％を超えるとバリアー材が酸化消耗するおそれが生じるからである。
【００２１】
また、バリアー材７の高さＨは、径小薄肉部分の高さと同等の高さとすればよい。ちなみに、外径：３２インチ、厚み：１５mmのルツボを製造する場合に発生する径小薄肉部分の高さは30〜100mm程度である。
【００２２】
さらに、本発明において、バリアー材内面の表面粗さは、算術平均粗さRaで6.3〜25μmの範囲とすることが好ましい。
というのは、バリアー材内面の粗さがRaで6.3μmより小さいと石英粉の張り付け時や加熱溶融時に石英粉が動き易く、ルツボ精度の劣化を招き、一方25μmを超えるとバリアー材の表面から粒子が剥落して石英ルツボの不純物となるからである。
【００２３】
本発明において、バリアー材としては、断熱性・耐熱性に優れ、熱膨張や経時変化が小さいものが好ましく、かような材料として以下のものが例示される。
(1) 石英（熱伝導率：５〜10 W/mK、熱膨張係数：約5.6×10-7/℃）
(2) カーボン（熱伝導率：約140 W/mK、熱膨張係数：約５×10-6/℃）
(3) 炭化ケイ素（熱伝導率：100〜350 W/mK、熱膨張係数：約6.6×10-6/℃）
(4) 窒化ケイ素（熱伝導率：200 W/mK、熱膨張係数：3.5×10-6/℃）
【実施例１】
【００２４】
図１に示した従来の構造のモールドを用いて石英ルツボを製造する場合、ルツボ上部の切断部に使用される石英粉の重量は次式で示される。
石英粉の使用重量＝｛（モールド内半径）２−（モールド内半径―張り付け厚さ）２｝×3.14×切断高さ×石英粉のかさ比重（Ｂ値）
これに対し、図３に示した本発明に従う構造のモールドを用いて石英ルツボを製造する場合には、次式で示す量だけ石英粉の使用量を削減することができる。
石英粉の削減量＝｛（バリアー材の内半径＋突出厚さ）２―（バリアー材の内半径）２｝×3.14×バリアー材高さ×石英粉のかさ比重（Ａ値）
従って、本発明によれば、次式
（Ａ／Ｂ）×100（％）
で示される分だけ、余分に使用されていた石英粉の量を従来よりも削減することができる。
【００２５】
実際、図３に示した本発明に従う構造のモールドを用いて、外径が８１０mm、厚みが１５mmの石英ルツボを製造したところ、Ｂ値＝14.5kgであったのに対し、Ａ値＝6.2kgとなり、余分に使用されていた石英粉の量を、従来に比べて約43％も削減することができた（但し、ルツボ上部の切断高さ：１２０mm、バリアー材の内径：780mm、バリアー材の高さＨ：100mm、バリアー材の突出厚さｔ1：20mm、石英粉の張り付け厚さｔ2：40mmとした）。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】回転モールド法による石英ルツボの製造要領を示す断面図である。
【図２】一般的なモールドを用いて製造された石英ルツボの断面図である。
【図３】本発明に従いモールドの上部開口部にリング状のバリアー材を設置したモールドの断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  モールド
２  通気配管
３  アーク電極
４  石英粉
５  ルツボ
６  径小薄肉部分
７  バリアー材
【図１】
2010105890.tif 000003
【図２】
2010105890.tif 000004
【図３】
2010105890.tif 000005